JPS5951749B2 - Substrate bias generation circuit - Google Patents
Substrate bias generation circuitInfo
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- JPS5951749B2 JPS5951749B2 JP53142534A JP14253478A JPS5951749B2 JP S5951749 B2 JPS5951749 B2 JP S5951749B2 JP 53142534 A JP53142534 A JP 53142534A JP 14253478 A JP14253478 A JP 14253478A JP S5951749 B2 JPS5951749 B2 JP S5951749B2
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is DC
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/205—Substrate bias-voltage generators
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、MOS形ICにおいてシリコン基板にバイア
ス電圧を与えるための基板バイアス発生回路に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a substrate bias generation circuit for applying a bias voltage to a silicon substrate in a MOS type IC.
MOS形ICにおいては、シリコン基板と接地電位との
間に基板バイアス電圧をかけて用いられる。In a MOS type IC, a substrate bias voltage is applied between a silicon substrate and a ground potential.
このような基板バイアス電圧は、従来は外部的に与えら
れることが多かつた。Conventionally, such a substrate bias voltage has often been applied externally.
しかしながらそのためにバイアス発生回路を設けること
は煩雑であり、また費用の面からも好ましくないのでI
Cチップ内にバイアス発生回路を設けて、内部的に基板
バイアス電圧を供給することが行われている。第1図は
従来の基板バイアス発生回路の構成を示す回路図である
。同図において1は発振器、Q、、Q。、Q。、Q、は
トランジスタ、D、はダイオード、Clは結合コンデン
サ、Coはバイパスコンデンサであり、またNi、No
はノードを現わしている。第1図において、発振器1の
信号はトランジスタQ、、Q。However, providing a bias generation circuit for this purpose is complicated and undesirable from a cost standpoint, so I
A bias generation circuit is provided in the C chip to internally supply a substrate bias voltage. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional substrate bias generation circuit. In the figure, 1 is an oscillator, Q,,Q. ,Q. , Q is a transistor, D is a diode, Cl is a coupling capacitor, Co is a bypass capacitor, and Ni, No.
represents a node. In FIG. 1, the signal of oscillator 1 is transmitted through transistors Q,,Q.
を経て、ノードN2に出力を発生し、結合用コンデンサ
Clを介してノードNoに加えられる。nチャネルMO
Sの場合、基板はp形シリコンであり、これに負の基板
バイアス電圧をかける必要がある。今、ノードNoの電
位が上ると、トランジスタQ、が導通してノードN2を
接地電位にする。次にノードN2の電位が下つたときは
Noは負電位となりトランジスタQ3は導通せず、従つ
てダイオードD、或いかトランジスタQ、を通じて出力
端子Tに負電圧を生じる。このようにして、正の電源電
圧V。。と接地電位の間を振幅するノードN2の出力に
よつて負の基板バイアス電圧VBBを発生することがで
きる。第1図の回路において、ノードNoは基板より負
電位となつてダイオードD、またはトランジスタQ4が
オンして初めて機能を発揮することになる。An output is generated at the node N2, and is applied to the node No via the coupling capacitor Cl. n-channel MO
In the case of S, the substrate is p-type silicon, and it is necessary to apply a negative substrate bias voltage to it. Now, when the potential of the node No rises, the transistor Q becomes conductive and sets the node N2 to the ground potential. Next, when the potential of the node N2 drops, No becomes a negative potential and the transistor Q3 is not conductive, so that a negative voltage is generated at the output terminal T through the diode D or the transistor Q. In this way, a positive supply voltage V. . A negative substrate bias voltage VBB can be generated by the output of node N2 that swings between the ground potential and the ground potential. In the circuit shown in FIG. 1, the node No becomes functional only when the potential becomes more negative than that of the substrate and the diode D or transistor Q4 is turned on.
このためダイオードD、の順方向特性によつて拡散層n
層から基板p層に電子が注入されて、周辺回路やメモリ
のセル等における情報に悪影響を及ぼす。このためダイ
オードD1と並列にトランジスタQ4を設けてノードN
2の電位とBBとの電位差を小さくするようにしている
。しかしながら第1図に示されたごとき基板バイアス発
生回路は電源電圧V。Therefore, due to the forward characteristics of the diode D, the diffusion layer n
Electrons are injected from the p-layer into the substrate p-layer, which adversely affects information in peripheral circuits, memory cells, and the like. Therefore, a transistor Q4 is provided in parallel with the diode D1 to connect the node N
The potential difference between the potential No. 2 and BB is made small. However, the substrate bias generation circuit as shown in FIG. 1 uses the power supply voltage V.
Oおよび基板バイアス電流1BBの増減によつて基板バ
イアス電圧VBBが変化する。これはノードN2におけ
るレベルが電源電圧V。Oに依存し、また基板バイアス
発生回路の内部抵抗がゼロでないためである。本発明は
このような従来技術の欠点を除去しようとするものであ
つて、その目的は電源電圧が変動したり基板バイアス電
流が変動したりしても、基板バイアス電圧の変化が少い
基板バイアス発生回路を提供することにある。The substrate bias voltage VBB changes depending on the increase or decrease in O and the substrate bias current 1BB. The level at node N2 is power supply voltage V. This is because the internal resistance of the substrate bias generation circuit is not zero. The present invention is intended to eliminate these drawbacks of the prior art, and its purpose is to provide a substrate bias system in which the substrate bias voltage changes little even when the power supply voltage fluctuates or the substrate bias current fluctuates. The purpose of this invention is to provide a generating circuit.
しかして基板バイアス電圧が変動しないためには、第1
図においてノードN2が結合コンデンサC1を経て発振
器1によつて駆動されて生じる負電圧値が、電源電圧や
基板バイアス電流が変動しても、変化しないように・す
ればよい。このため本発明の基板バイアス発生回路にお
いては、発振器の信号によづて駆動されコンデンサを介
してノードに出力を供給する回路、前記ノードに一端を
接続され前記回路の出力がローレベルのとき導通して負
電圧を発生するダノイオードとこれに並列に接続された
第1のトランジスタ、前記ノードと接地間に接続され前
記回路の出力と同相の外部信号によつて駆動されて該信
号がハイレベルのとき導通して前記ノードを接地電位に
クランプする1個または複数個のトランジJスタからな
る第2のトランジスタ、前記ノードに一端を接続され前
記回路の信号と逆相の外部信号によつて駆動されて該信
号がハイレベルのとき導通しローレベルのとき遮断する
第3のトランジスタ、電源と前記第3のトランジスタの
他端の間にこ接続され前記回路の出力と同相の外部信号
がローレベルのとき遮断状態にあつて前記第3のトラン
ジスタを通じて前記ノードをそのしきい値電圧に等しい
負電圧にクランプする1個または複数個のトランジスタ
からなる第4のトランジスタとを具4えたことを特徴と
している。以下、実施例について詳細に説明する。However, in order to prevent the substrate bias voltage from changing, the first
In the figure, the negative voltage value generated when the node N2 is driven by the oscillator 1 via the coupling capacitor C1 should not change even if the power supply voltage or substrate bias current changes. Therefore, in the substrate bias generation circuit of the present invention, a circuit is driven by an oscillator signal and supplies an output to a node via a capacitor, and one end is connected to the node and conducts when the output of the circuit is at a low level. and a first transistor connected in parallel to this to generate a negative voltage. The first transistor is connected between the node and ground and is driven by an external signal that is in phase with the output of the circuit, so that the signal goes high level. a second transistor consisting of one or more transistors, which conducts when the transistor is turned on and clamps the node to ground potential; one end of the transistor is connected to the node; the second transistor is driven by an external signal having a phase opposite to the signal of the circuit; A third transistor is connected between the power supply and the other end of the third transistor and conducts when the signal is at a high level and shuts off when the signal is at a low level. and a fourth transistor comprising one or more transistors that clamps the node to a negative voltage equal to its threshold voltage through the third transistor when in the cut-off state. . Examples will be described in detail below.
第2図は本発明の基板バイアス発生回路の一実施例の構
成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the substrate bias generation circuit of the present invention.
同図において符号1,Q1,Q2,Q3,Q4,D1,
C1,C2,N1,N2のあられすところは第1図の場
合と異ならない。Qll9Ql2ラQl39Ql49Q
l5はトランジスタ、N3gN4,N5はノードである
。また第3図は第2図の回路における各部の動作波形を
示すタイムチヤートである。In the same figure, the symbols 1, Q1, Q2, Q3, Q4, D1,
The locations of C1, C2, N1, and N2 are the same as in the case of FIG. Qll9Ql2raQl39Ql49Q
l5 is a transistor, and N3gN4 and N5 are nodes. Further, FIG. 3 is a time chart showing operating waveforms of each part in the circuit of FIG. 2.
同図において(a)はタイミング信号VAおよびV。を
、(b)はタイミング信号VBを示し、(c)はノード
N1の電位を、(d)はノードN2の電位をそれぞれ示
している。第2図において、タイミング信号VA,VB
,VOは第3図に示すごときタイミング関係を有し、そ
れぞれトランジスタQll,Ql3,Ql5のゲートに
与えられている。はじめ信号VA,VOがハイレベルで
、信号VBがローレベルのときは、トランジスタQl3
が遮断状態、トランジスタQl4,Ql5が導通状態で
あるから、ノードN2は接地電位となる。このときノー
ドN1に生じる発振器1の信号はハイレベルであるから
、結合コンデンサC1を介してN2に生じる信号のハイ
レベルは接地電位にクランプされる。次に外部信号が反
転すると、トランジスタQll,Ql.は遮断され、ト
ランジスタQl3は導通状態となる。In the figure, (a) shows timing signals VA and V. , (b) shows the timing signal VB, (c) shows the potential of the node N1, and (d) shows the potential of the node N2. In FIG. 2, timing signals VA, VB
, VO have a timing relationship as shown in FIG. 3, and are applied to the gates of transistors Qll, Ql3, and Ql5, respectively. Initially, when the signals VA and VO are at high level and the signal VB is at low level, transistor Ql3
is in a cut-off state and transistors Ql4 and Ql5 are in a conductive state, so that node N2 is at ground potential. At this time, since the signal of the oscillator 1 generated at the node N1 is at a high level, the high level of the signal generated at N2 via the coupling capacitor C1 is clamped to the ground potential. Next, when the external signal is inverted, transistors Qll, Ql. is cut off, and transistor Ql3 becomes conductive.
この状態は第3図のタイミングT1で示される。ノード
N2は結合コンデンサC1を介してノードN1の信号に
よつて負電位に駆動されるが、この負電圧値が基板バイ
アス電圧VBBより低くなるとトランジスタQ4および
ダイオードD1が導通して基板から電荷が流れ込む。こ
のときトランジスタQl3の導通によりノードN2の電
位はノードN4の電位に等しくなつている。今、ノード
N4の負電位をVN4としたときVN4〈−(VthQ
ll+VthQl2) (1)となると、トランジス
タQll,Ql2は導通する。This state is shown at timing T1 in FIG. Node N2 is driven to a negative potential by the signal at node N1 via coupling capacitor C1, but when this negative voltage value becomes lower than substrate bias voltage VBB, transistor Q4 and diode D1 become conductive and charge flows from the substrate. . At this time, the potential of the node N2 becomes equal to the potential of the node N4 due to conduction of the transistor Ql3. Now, when the negative potential of node N4 is VN4, VN4<-(VthQ
ll+VthQl2) (1), transistors Qll and Ql2 become conductive.
但しここでVth,l、,Vth。l2はそれぞれトラ
ンジスタQll,Ql2のしきい値電圧である。このた
め電源VcOから電荷が流入してノードN2の負電位V
N2は次の値で安定する。VN2:一(VthQll+
VthQl2) (2)このようにして、ノードN2
の負電位はトランジスタQllとQl2のしきい値電圧
によつて定まる値に一定することができ、従つて基板バ
イアス電圧安定化の目的が達せられる。However, here Vth,l,,Vth. l2 is the threshold voltage of transistors Qll and Ql2, respectively. Therefore, charges flow in from the power supply VcO, and the negative potential V of the node N2
N2 is stabilized at the following value. VN2:1 (VthQll+
VthQl2) (2) In this way, node N2
The negative potential of can be kept constant at a value determined by the threshold voltages of transistors Qll and Ql2, thus achieving the purpose of stabilizing the substrate bias voltage.
なお、(2)式の関係から
VBBさVN2の−(VthQll+ThQl2)
(3)であるから、トランジスタQ,,,Q,。Furthermore, from the relationship in equation (2), VBB-VN2 - (VthQll+ThQl2)
(3), so the transistors Q,,,Q,.
等で1.1.(イオンインプランテーシヨン)を行つて
そのしきい値電圧VthQ,,,VthQ,。を制御す
ることによつて、基板バイアス電圧VBBの値を決定す
ることも可能である。以上説明したように本発明の基板
バイアス回路によれば、電源電圧や基板バイアス電流の
変動があつても、結合コンデンサを介して発振器電圧が
供給されるノードの負電圧値を一定値に保つことができ
、従つて基板バイアス電圧を安定化することができるも
のであるetc. in 1.1. (ion implantation) and its threshold voltage VthQ,,,VthQ,. It is also possible to determine the value of substrate bias voltage VBB by controlling . As explained above, according to the substrate bias circuit of the present invention, even if there are fluctuations in the power supply voltage or substrate bias current, the negative voltage value of the node to which the oscillator voltage is supplied via the coupling capacitor can be maintained at a constant value. Therefore, it is possible to stabilize the substrate bias voltage.
第1図は従来の基板バイアス発生回路の構成を示す回路
図、第2図は本発明の基板バイアス発生回路の一実施例
の構成を示す回路図、第3図は各部の動作波形を示すタ
イムチヤートである。
1 ・・・・・・発振器、Q,,Q。FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional substrate bias generation circuit, FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the substrate bias generation circuit of the present invention, and FIG. 3 is a timing diagram showing the operating waveforms of each part. It's a chat. 1...Oscillator, Q,,Q.
Claims (1)
ノードに出力を供給する回路、前記ノードに一端を接続
され前記回路の出力がローレベルのとき導通して負電圧
を発生するダイオードとこれに並列に接続された第1の
トランジスタ、前記ノードと接地間に接続され前記回路
の出力と同相の外部信号によつて駆動されて該信号がハ
イレベルのとき導通して前記ノードを接地電位にクラン
プする1個または複数個のトランジスタからなる第2の
トランジスタ、前記ノードに一端を接続され前記回路の
信号と逆相の外部信号によつて駆動されて該信号がハイ
レベルのとき導通しローレベルのとき遮断する第3のト
ランジスタ、電源と前記第3のトランジスタの他端の間
に接続され前記回路の出力と同相の外部信号がローレベ
ルのとき遮断状態にあつて前記第3のトランジスタを通
じて前記ノードをそのしきい値電圧に等しい負電圧にク
ランプする1個または複数個のトランジスタからなる第
4のトランジスタとを具えたことを特徴とする基板バイ
アス発生回路。1. A circuit driven by an oscillator signal and supplying an output to a node via a capacitor, and a diode connected in parallel to this, one end of which is connected to the node and conducts when the output of the circuit is at a low level to generate a negative voltage. a first transistor connected between the node and ground, driven by an external signal in phase with the output of the circuit, and conductive when the signal is at a high level to clamp the node to ground potential; a second transistor consisting of one or more transistors, one end of which is connected to the node and is driven by an external signal having a phase opposite to the signal of the circuit, and is conductive when the signal is at a high level and is at a low level; A third transistor to cut off is connected between the power supply and the other end of the third transistor, and is in the cutoff state when an external signal in phase with the output of the circuit is at a low level, and connects the node through the third transistor. a fourth transistor comprising one or more transistors clamping to a negative voltage equal to the threshold voltage of the substrate bias generating circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53142534A JPS5951749B2 (en) | 1978-11-17 | 1978-11-17 | Substrate bias generation circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53142534A JPS5951749B2 (en) | 1978-11-17 | 1978-11-17 | Substrate bias generation circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5568667A JPS5568667A (en) | 1980-05-23 |
| JPS5951749B2 true JPS5951749B2 (en) | 1984-12-15 |
Family
ID=15317584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53142534A Expired JPS5951749B2 (en) | 1978-11-17 | 1978-11-17 | Substrate bias generation circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5951749B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4336466A (en) * | 1980-06-30 | 1982-06-22 | Inmos Corporation | Substrate bias generator |
-
1978
- 1978-11-17 JP JP53142534A patent/JPS5951749B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5568667A (en) | 1980-05-23 |
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